Главная -> Наука -> Отзывы на диссертации ->

ОТЗЫВ
официального оппонента на диссертационную работу Фоминой Ларисы Валерьевны "Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir-GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла", представленную на соискание ученой степени кандидата химических наук

Диссертационная работа Л.В. Фоминой посвящена решению актуальной и практически очень важной задачи – исследованию физико-химических закономерностей нанесения иридиевых покрытий на поверхность арсенида галлия и подготовки поверхности полупроводника перед формированием такого покрытия. Именно иридий способен образовывать когерентное сопряжение границы раздела с монокристаллом GaAs, исходя из характеристик кристаллических решеток и близких коэффициентов линейного расширения этих материалов. Поставленная автором задача является особенно важной в связи с тем, что в литературе не описаны примеры успешного электрохимического нанесения иридия на поверхность арсенида галлия.

Диссертация изложена на 180 с., состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы (144 наименования), приложений.

Первая глава диссертационной работы представляет собой литературный обзор, в котором приводятся общие сведения о методах получения и свойствах арсенида галлия – одного из самых важных полупроводников типа AIIIBV. Рассматриваются способы формирования контактов металл – полупроводник, относящихся к основным элементам современных полупроводниковых устройств. Излагается теория переноса заряда через эти контакты, приводится их классификация в зависимости от вида полупроводника и от способа обработки поверхности перед нанесением металла. Детально обсуждаются известные литературные данные о механизмах образования оксидных и халькогенидных слоев на поверхности полупроводников типа AIIIBV и о их влиянии на электрофизические свойства барьеров Шоттки. Подчеркиваются преимущества халькогенидной обработки арсенида галлия.

В соответствии с темой диссертационной работы значительное внимание в главе 1 уделено способам переведения иридия в раствор и свойствам иридиевых электролитов. Поскольку иридий в растворе существует в виде комплексных соединений, делается обзор состава и строения иридиевых комплексов. Рассмотрены основные закономерности электроосаждения иридия.

В обзоре цитируются литературные источники за последние 40 лет и более ранние основополагающие публикации. Констатируется, что в литературе отсутствуют сведения об условиях и режимах электроосаждения иридия на арсенид галлия. Выбор таких условий обозначается как одна из главных целей диссертационной работы.

В главе 2 приводятся результаты собственных исследований автора, направленных на разработку оптимальных способов подготовки поверхности полупроводника и формирования контактов металл – арсенид галлия n-типа. В первом разделе главы описаны конструкции электрохимических установок, применявшихся Л.В. Фоминой, и методики экспериментов. Использованные установки могут быть собраны из унифицированных блоков, что облегчает воспроизведение результатов работы другими исследователями.

Л.В. Фоминой изучено влияние предварительной обработки поверхности арсенида галлия на стабильность нанослоевых гетероструктур контакта Ni-GaAs n-типа. При этом варьировался состав и концентрация раствора (HCl, H2SO4, Na2SO3, Na2S, Na2SeO3), продолжительность выдерживания. Установлено, что коэфиициент идеальности контактов может быть улучшен до значения 1,03 при обработке 0,1 М селенитом натрия. Оценены термостабильность полученных образцов и устойчивость их электрофизических характеристик к воздействию атмосферы. При этом обнаружено, что наибольшая термостабильность обеспечивается после селенитной обработки поверхности арсенида галлия, а лучшая устойчивость при хранении на воздухе – после предварительной селенидной обработки. Термодинамическую выгодность образования халькогенидов на поверхности арсенида галлия Л.В. Фомина обосновывает результатами расчета DG возможных реакций, в которых участвуют сульфит-, селенит-, гидросульфит-, гидроселенит- и гидроселенид-ионы. Эти процессы имеют заметно отрицательные изменения энергии Гиббса, в отличие от реакций с образованием оксидов. Повышенную устойчивость и термостабильность контактов металл – полупроводник после обработки поверхности арсенида галлия соединениями селена автор убедительно объясняет также с позиций квантово-топологической модели, согласно которой должна достигаться высокая когерентность сопряжения слоев в выпрямляющем контакте GaAs(GaSe)-Ir.

Обнаруженные Л.В. Фоминой физико-химические закономерности строения контактов с барьером Шоттки и предлагаемые способы обработки поверхности арсенида галлия являются основой для изготовления полупроводниковых устройств с улучшенными характеристиками. Однако для достижения этой практической цели необходимо было решить задачу нанесения иридиевых покрытий на обработанный полупроводник. Исследованию этой проблемы посвящена третья глава диссертации.

Применительно к арсениду галлия автором впервые испытаны хлоридсожержащие электролиты иридирования, а также растворы комплексов иридия с динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты и с сульфаминовой кислотой. Определена эффективная энергия активации процесса электролиза трилонатного раствора. Л.В. Фоминой найдено, что наиболее пригодным для нанесения иридиевых покрытий на арсенид галлия является сульфаминовый электролит, и основное внимание в дальнейшем уделено именно растворам сульфаматных комплексов иридия. В частности, методом катодных поляризационных кривых изучено влияние концентрации металла, перемешивания раствора и температуры на процесс электролиза. Автором отмечается, что появление ионов иридия в растворе сульфаминовой кислоты резко снижает плотность катодного тока, что объясняется связыванием ионов водорода с сульфаматными иридийсодержащими комплексами и снижением концентрации подвижных носителей заряда. Сравнительно невысокие достигнутые выходы по току в работе объясняются трудностью восстановления ионов иридия в составе комплексов.

С целью повышения качества покрытия и выхода иридия по току Л.В. Фоминой исследованы несколько способов активации иридиевого электролита: повышение температуры, электрохимическое окисление и восстановление, действие ВЧ-поля и переменного тока. В связи с этим в работе предлагаются модели строения сульфаматных комплексов иридия, рассчитанные по теории кристаллического поля. Использование этой упрощенной теории в данном случае вполне обосновано, так как современные полуэмпирические методы квантовой химии оказываются неприменимыми к соединениям таких многоэлектронных атомов, как иридий. Из температурных зависимостей плотности тока найдены энергии активации процесса электролиза, согласующиеся со строением электрохимически активных сульфаматных комплексов и с предлагаемыми схемами катодных процессов.

Л.В. Фоминой удалось значительно повысить выход по току в результате обработки электролитов иридирования постоянным и переменным током или ВЧ-полем. Так, обработка полем высокой частоты при 130 МГц позволила увеличить выход по току h до 10,5%, что намного выше, чем при иридировании арсенида галлия из свежеприготовленного раствора или из электролита, подвергнутого термической активации. Частоты, при которых наблюдаются максимальные значения h, находятся в согласии с использованными автором представлениями о диффузных скачках биядерных комплексов иридия между квазикристаллическими клетками растворителя.

Четвертая глава диссертационной работы имеет выраженную практическую направленность и посвящена исследованию созданных Л.В. Фоминой контактов иридий – арсенид галлия на предмет устойчивости к нагреванию и воздействию атмосферы. Сравнивается величина и стабильность коэффициентов идеальности и высоты барьеров Шоттки в зависимости от примененного при изготовлении контактов способа обработки поверхности полупроводника. Обнаружено, что лучшие характеристики дает селенитная обработка. Повышению качества контактов значительно способствует также защита иридиевого слоя никелем или родием.

Выводы диссертационной работы научно обоснованы и не вызывают сомнений. Данные, полученные Л.В. Фоминой, обладают высокой научной новизной и практической значимостью. Результаты в достаточной степени опубликованы в виде статей и представлены в докладах на конференциях. Автореферат соответствует содержанию диссертации.

При общей положительной оценке работы считаю необходимым сделать следующие замечания.

1. На рисунке 3.5а приведены зависимости между плотностью тока и потенциалом катода для различных концентраций иридия в растворе, но при измерениях вместе с концентрацией менялась и температура. Поэтому на основании полученных результатов трудно судить о влиянии содержания иридия на вид поляризационных кривых.

2. В представленных на рис. 3.9 и 3.10 моделях иридийсодержащих комплексов одновременно присутствуют лиганды O2- и H2O. Очевидно, более реальными были бы структуры с двумя лигандами OH- вместо каждой указанной выше пары частиц, так как ион O2- обладает гораздо большей основностью, чем гидроксид-ион.

3. Рассматривая процессы, происходящие в электролите иридирования при электролизе и термообработке, автор обсуждает изменения окраски раствора и оперирует понятием "цветность". В связи с этим естественно было бы использовать метод электронной спектроскопии и наблюдать смещение полос поглощения. В работе изменения цветности фиксируются лишь визуально.

4. При электроосаждении иридия с параллельной катодной обработкой электролита указывается концентрация раствора и количество электричества, прошедшего через дополнительную цепь (с. 128, 129). В этом случае необходимо было привести также объем раствора, который подвергался электролизу.

5. В работе встречаются устаревшие единицы измерения (г-ат/л, с.35) и неверно используются некоторые термины. Например, имея в виду светопоглощающие соединения иридия, автор называет их "оптически активными" (с.111).

Несмотря на перечисленные недостатки, в целом работа выполнена на хорошем теоретическом и экспериментальном уровне, вносит существенный вклад в понимание физико-химических закономерностей формирования металлических покрытий на поверхности полупроводника. Считаю, что диссертационная работа "Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir-GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла" соответствует требованиям "Положения о порядке присуждения ученых степеней", предъявляемым к кандидатским диссертациям, а ее автор Л.В. Фомина заслуживает присуждения ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 – физическая химия.

Заведующий кафедрой общей,
неорганической и аналитической
химии Алтайского государственного
технического университета,
д.х.н., профессор
А.И. Хлебников

Библ. описание: Фомина Л.В. Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir-GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла. Дисс. ... канд. хим. наук. - Барнаул, 2003. - 180 с.

К списку отзывов

  

Рейтинг@Mail.ru